Wentylacja z funkcją chłodzenia

DODATEK SPECJALNY IB
Wentylacja
z funkcją chłodzenia
Aby system wentylacyjny był energooszczędny należy
wykorzystywać naturalne zjawiska fizyczne, niewymagające dostarczania energii zewnętrznej: odzysk energii (ciepła/chłodu), chłodzenie adiabatyczne z odparowania wody, naturalne przewietrzanie (free-cooling).
Wciąż rosnące ceny surowców
energetycznych oraz coraz bardziej wymagająca polityka energetyczna zmuszają inwestorów
oraz użytkowników do szukania oszczędności eksploatacyjnych. Sytuacja ta korzystna jest
dla rozwiązań energooszczędnych, które mimo zwiększonych nakładów inwestycyjnych
charakteryzują się często bardzo krótkimi okresami amortyzacyjnymi.
Technika budowlana oferuje
nam w odpowiedzi na te oczekiwania materiały o coraz lepszych
współczynnikach izolacyjności
i szczelności. W efekcie nowo
powstałe oraz remontowane
mieszkania, domy czy budynki
są bardzo szczelne, a wentylacja
naturalna nie spełnia wymagań
higienicznych.
Coraz szczelniejsze budynki
wyposażane są w wentylację
mechaniczną o różnych projektowych rozwiązaniach.
Aby uzyskać i utrzymać warunki komfortu wewnętrznego, należy stale wymieniać powietrze
w pomieszczeniach użytkowanych. W trakcie wentylowania
spełniane są dwie podstawowe
funkcje: higieniczna i kaloryczna. Parametry wpływające na
pracę systemu wentylacyjnego
są różne, do podstawowych zaliczają się:
za wysokie stężenie CO2,
dr inż. Maciej Danielak
Kampmann Polska Sp. z o.o.
Systemy wentylacyjne
Wentylacja naturalna
Wentylacja hybrydowa
Wentylacja mechaniczna
Wentylacja okienna
Infiltracja
Centralna
Wentylacja szczelinowa
Wywiewna
Wentylacja kominowa
Nawiewna
nawiewno-wywiewna
Wentylacja mieszająca
Wentylacja źródłowa
Wentylacja wyporowa
Lokalna wentylacja
mieszająca
Rys. 1 Ι Systemy wentylacyjne (rys. autora)
klimatyzacja i wentylacja z funkcją chłodzenia
48
Rozproszona
DODATEK SPECJALNY IB
zła odczuwalna jakość powietrza („zły” zapach),
emisja zanieczyszczeń aktywnych zapachowo przez
materiały budowlane,
za wysoka lub za niska wilgotność powietrza,
za wysoka lub za niska temperatura powietrza w pomieszczeniu.
Wybór systemu
wentylacyjnego
W zależności od tego, jakie wymagania stawiane są dla systemu wentylacyjnego oraz jaka
jest sytuacja architektoniczna,
wybierany jest rodzaj systemu
oraz jego funkcje.
Ogólna klasyfikacja systemów
wentylacyjnych zestawiona została na rys. 1.
Dodatkowo systemy wentylacyjne dzielą się na centralne i decentralne (rozproszone).
W starym budownictwie stosowana wentylacja naturalna w pełni
spełniała stawiane jej wymagania.
W nowo budowanych pomieszczeniach używane materiały są
na tyle szczelne, że konieczne jest
stosowanie mechanicznych systemów wentylacyjnych. Wentylacja
mechaniczna zasadniczo dzieli się
pod względem trzech kryteriów:
usytuowania wentylatora (jedno centralne lub więcej rozproszonych – decentralnych);
rodzaju doprowadzenia i usuwania powietrza (systemy
wywiewne, nawiewne oraz
nawiewno-wywiewne);
korzystania z energii w usuwanym powietrzu (instalacje
z odzyskiem ciepła oraz bez
rekuperacji).
Wymiarowanie strumienia wentylacyjnego
Wybór ilości powietrza nawiewanego (świeżego) wynika z zadań,
jakie system wentylacyjny ma spełnić. Wymagania higieniczne, jakie
należy spełnić, są wymaganiami
priorytetowymi, oznacza to, że
strumień powietrza przypadający
na każdego użytkownika zgodnie z normą PN-83/B-03430 jest
wartością minimalną. Często jednak strumień ten osiąga wyższe
wartości wynikające z potrzeby
usunięcia większych ilości dwutlenku węgla, zapachu czy też
instalacja wentylacyjna wymiarowana jest również dla potrzeb kalorycznych pomieszczenia (grzanie, chłodzenie).
Orientacyjnie można przyjąć, że
w pomieszczeniach mieszkalnych w ciągu godziny powinna następować przynajmniej
półkrotna wymiana powietrza
n = 0,5 1/h.
Centralny system
wentylacyjny
Centralny system wentylacyjny
to rozwiązanie nawiewno-wywiewne, w którym powietrze
nawiewane, jak również usuwane, jest za pomocą wentylatorów
umieszczonych w centrali (centralce) wentylacyjnej. Dystrybucja
REKLAMA
Powietrze
zewnętrzne
Powietrze usuwane
Powietrze nawiewane
Powietrze wywiewane
Rys. 2 Ι Centralny system wentylacyjny w domku jednorodzinnym
klimatyzacja i wentylacja z funkcją chłodzenia
49
DODATEK SPECJALNY IB
Fot. Ι Centrala wentylacyjna z rekuperacją, obe
obejściem
ejściem oraz chłodzeniem adiabatycznym
ejście
powietrza w budynku odbywa
się kanałami wentylacyjnymi.
Układ, wymiarowanie tych kanałów podlega dokładnemu obliczeniu i projektowaniu. Powietrze
nawiewane jest do pomieszczeń
o podwyższonych wymaganiach
higienicznych, np. sypialni, a usuwane jest z pomieszczeń, gdzie
bezpośrednio należy usuwać
zanieczyszczenia, np. łazienka
czy kuchnia. Dlatego też część
pomieszczeń utrzymywana jest
w lekkim nadciśnieniu, a część
w podciśnieniu.
Ekologiczne systemy
wentylacyjne
Ekologiczne systemy wentylacyjne to takie, które realizują
możliwie wszystkie tryby pracy
przy jak najmniejszym zużyciu
energii pierwotnej.
Zasadniczo wykorzystać można energię zawartą w powietrzu
usuwanym. Odzysk ciepła lub
chłodu realizuje się w rekuperatorze. Chłód powietrza zewnętrznego również można wykorzystać
w niektórych przypadkach, gdy
zyski od nasłonecznienia powodują przegrzanie pomieszczenia.
Odzysk ciepła jest wówczas niepożądany, a wymiennik ciepła
należy „obejść”. Chłodzenie powietrzem zewnętrznym określane jest mianem natural-cooling
lub free-cooling. Kolejnym naturalnym procesem, jaki można
wykorzystać w pracy centrali
wentylacyjnej, jest odparowanie
wody w celu schłodzenia powietrza nawiewanego (chłodzenie
adiabatyczne). Wszystkie te procesy realizować można w jednym centralnym urządzeniu,
a tryby przełączane są automatycznie w zależności od rejestrowanych temperatur zadanych
i rzeczywistych.
Wentylacja pomieszczeń świeżym powietrzem z pośrednim
adiabatycznym
chłodzeniem
W centrali nawiewno-wywiewnej z rekuperatorem i obejściem
Rys. 3 Ι Chłodzenie przez odparowanie – natura wzorem
klimatyzacja i wentylacja z funkcją chłodzenia
50
realizować można kilka zadań
– stanów pracy. Gdy centralę
wyposaży się dodatkowo w źródło chłodu, jej praca i przydatność staje się całoroczna.
W przykładowej centrali (fot.)
zaproponowano technologię do
klimatyzacji pomieszczeń z wykorzystaniem tylko świeżego
powietrza zewnętrznego, które
jest chłodzone w przeponowym
wymienniku ciepła w wyniku
odparowania wody. Dzięki tej
technologii można wyeliminować większość wad stosowanych dotychczas klasycznych
klimatyzatorów
freonowych,
w których powietrze wentylacyjne jest ochładzane i osuszane
w powierzchniowych chłodnicach powietrza z bezpośrednim
odparowaniem syntetycznego
czynnika chłodniczego.
System wykorzystuje naturalną
zasadę chłodzenia przez odparowanie – proces odbywa się
w centralce wentylacyjnej z częściową klimatyzacją w dwóch
oddzielnych strumieniach powietrza:
w pierwotnym strumieniu
powietrza bez podnoszenia
jego wilgotności,
w strumieniu powietrza procesowego z odparowaniem
wody na hydrofilowej warstwie płytek aluminiowych.
Wilgotność bezwzględna powietrza w pomieszczeniu pozostaje podczas tego procesu niezmieniona, co jest bardzo istotną
zaletą w porównaniu z komorami zraszania (w komorach
DODATEK SPECJALNY IB
mieszczeniach wentylowanych
mamy do czynienia z zyskiem
wilgotności od ludzi oraz np.
gotowania.
Podsumowanie
Każde pomieszczenie, które jest
użytkowane przez ludzi, należy
wentylować. Wynika to z podstawowych zadań kształtowania
klimatu wewnętrznego i wymagań higienicznych. Wypełnianie wymagań higienicznych
można powiązać z kształtowaniem komfortu termicznego.
Oprócz wentylatorów należy
wówczas system wentylacyjny wyposażyć w odpowiednie
komponenty do obróbki termodynamicznej powietrza. Aby
system był energooszczędny,
należy wykorzystywać naturalne zjawiska fizyczne, niewymagające dostarczania energii
zewnętrznej:
odzysk energii (ciepła/chłodu),
chłodzenie
adiabatyczne
z odparowania wody,
naturalne przewietrzanie –
free-cooling.
Stosowanie
technologicznie
zaawansowanych
urządzeń
wiąże się z większymi kosztami inwestycyjnymi. Branża
energetyczna jest jednak branżą o stałych i wysokich kosztach eksploatacyjnych. Prosta
analiza ekonomiczna wykazuje
więc najczęściej, że inwestycja w systemy energooszczędne szybko się zwraca dzięki
zmniejszeniu kosztów eksploatacyjnych, a czas amortyzacji
jest mniejszy niż pięć lat.
Literatura
1. PN-83/B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności
publicznej. Wymagania.
2. M. Danielak, B. Müller et. al.,
Odour distribution studies and Indoor Air Quality: a comparison between different air distribution systems,
ROOMVENT, Busan 2009.
3. M. Danielak, Wpływ lotnych zanieczyszczeń z materiałów budowlanych na jakość powietrza w wentylowanych pomieszczeniach, rozprawa
doktorska, Politechnika Warszawska 2011.
zdjęcia: archiwum firmy
tych nawilżane i schładzane
jest bezpośrednio powietrze
nawiewane). Podczas procesu odparowania zewnętrzna
hydrofilowa powłoka płytek
aluminiowych
spryskiwana
jest cyklicznie kroplami wody.
Parowanie następuje dzięki ruchowi powietrza wzdłuż nawilżonej powłoki zewnętrznej. Powstające zimno odparowania
chłodzi płytki, a tym samym
powietrze przepływające po
wewnętrznej stronie. Chłodne
powietrze płynie do pomieszczenia. Powietrze procesowe
odprowadzane jest z urządzenia na zewnątrz. W idealnych
warunkach możliwe jest obniżenie temperatury nawiewanego powietrza nawet o 14oC. Potencjał schłodzenia powietrza
procesowego jest dużo większy
niż w przypadku chłodzenia
adiabatycznego powietrza wywiewanego. Powietrze procesowe ma takie same początkowo
parametry termodynamiczne
jak powietrze zewnętrzne, czyli jego wilgotność jest mniejsza
(zazwyczaj) niż powietrza wywiewanego, ponieważ w po-
Nowość
COOLSTREAM
Naturalny system chłodzenia i wentylacji, wykorzystujący
zjawisko chłodzenia adiabatycznego. Urządzenie zasysa gorące powietrze z otoczenia, które poprzez przepływ
przez nawilżony wkład ulega ochłodzeniu. W miejscach,
w których temperatury wynoszą powyżej 30˚C, zasysane
powietrze można schłodzić o 10 K lub więcej.
CoolStream można stosować przez cały rok, zapewniając
dopływ świeżego powietrza z zewnątrz. Natomiast z funkcji chłodzenia korzysta się tylko wówczas, gdy wymagają
tego warunki zewnętrzne. Gorące powietrze znajdujące się
wewnątrz budynku pod dachem usuwane jest za pomocą
otworów wywiewnych lub wentylatorów.
System wyróżnia
niski koszt eksploatacji i konserwacji, przy średnim
zużyciu ok. 1 kW
energii i 50 l wody
na 10 000 m3/h
dostarczonego powietrza.
Szczególnie sprawdza się w przemyśle tworzyw sztucznych, metalowym, spożywczym, magazynach, centrach
handlowych i wystawienniczych.
klimatyzacja i wentylacja z funkcją chłodzenia
51